viernes, 29 de julio de 2011

Acetato de celulosa

Plásticos artificiales derivados de la celulosa
Estos plásticos se obtienen modificando la estructura de la celulosa original, sustituyendo los grupos hidroxilos (OH) existentes en sus anillos moleculares por grupos nitro o acetato. Los nitratos o acetatos así obtenidos, son dotados de características plásticas y de un cierto grado de flexibilidad, mediante la adición de un plastificante.
En el trinitrato de celulosa conseguido originalmente por Schömbein, el grado de sustitución se situaba entre 2.7 y 3. Aquel material era explosivo y la dificultad (para conseguir productos que sólo fueran inflamables) estuvo en rebajar el grado de sustitución hasta magnitudes comprendidas entre el 1.9 y el 2.7. En la fabricación de películas cinematográficas se utilizan las nitrocelulosas de más bajo grado de sustitución.
En los acetatos esta historia es absolutamente inversa. Los acetatos más estables y con menor permeabilidad al agua son los de mayor grado de sustitución, pero conseguir la acetilación de los grupos hidroxilos de la celulosa no resultó fácil: para llegar desde los primeros diacetatos, obtenidos en laboratorio en 1895, hasta los triacetatos con un grado de sustitución de 2.7, fue necesario recorrer un largo camino que abarcaría hasta los años cuarenta del siglo XX
En los derivados celulósicos el plastificante constituye un tanto por ciento importante de la masa del material y, en buena medida, las propiedades físicas de los plásticos y sus características de estabilidad depen­den de su contenido de plas­tificante.
Los plastificantes cubren una doble función: primero, rebajan la temperatura de fluidez del derivado celulósico, separándola de la de descomposición, y permitiendo que éste pueda ser moldeado o laminado en caliente; en segundo lugar, ya en frío, disminuyen la rigidez de la celulosa otorgando flexibilidad al plástico.

Los acetatos de celulosa
El acetato de celulosa (también conocido como zylonite o zyl) es el éster de acetato de la celulosa.
Camille Dreyfus y su hermano menor Henri, hacia 1910, habían perfeccionado lacas de acetato y la película plástica y habían abierto una fábrica en Basilea capaz de producir aproximadamente tres toneladas por día. Esto en gran parte fue vendido a la industria de celuloide en Francia y Alemania, y a Pathe Fréres en París para la base de película de película no inflamable. Una cantidad pequeña pero constantemente creciente de laca de acetato, fue vendida a la industria aeronáutica para cubrir la tela que cubre alas y fuselaje. En Inglaterra, en 1912, se produjo el primer hilo de acetato de celulosa comercial.
Los acetatos de celulosa, bajo la denominación genérica de "películas de seguridad", fueron los materiales que sustituyeron al celuloide en la cinematografía.
Lamentablemente, la denominación "película de seguridad", sólo se justifica en que estos plásticos arden con dificultad y no son, en absoluto, autoinflamables; pero desde el punto de vista de las condiciones necesarias para su conservación los acetatos han resultado tan exigentes como el celuloide.
El acetato de celulosa fue preparado por primera vez en el año 1865 pero no fue hasta entrado el siglo siguiente que se empezó a producir en forma comercial y no fue sino a mediados del siglo XX en que reemplazo definitivamente al nitrato como soporte de cinta cinematográficas. En 1909 aparecieron los primeros materiales celulósicos no inflamables, que podían dar lugar a películas flexibles y transparentes y que estaban basados en acetatos de celulosa.
En 1910 Kodak presentó en el mercado películas de 35mm con soportes de diacetato de celulosa, que tuvieron muy escasa acogida. En 1922 y 1923, Pathé y Kodak presentaron sus sistemas de 9.5mm y de 16mm, en los que utilizaban nuevos tipos, más estables, de diacetatos.
A lo largo de los años treinta y cuarenta se sucedieron las presentaciones de soportes de triacetato que no llegarían a emplearse ampliamente en cinematografía, aunque sí en otros usos como, por ejemplo, placas radiográficas.
En 1948 Gevaert presentó un nuevo plástico, el acetato-butirato de celulosa y, en mismo año, Kodak iniciaría la fabricación del tipo de triacetato que acabaría por sustituir totalmente al celuloide.
Los acetatos más estables son los de mayor grado de sustitución (acetilación). Pero conseguir esa acetilación convierte en extremadamente complejo su proceso de fabricación, haciendo necesario introducir procesos de preacondicionamiento de la celulosa y dificultando la obtención de productos homogéneos hasta el punto de obligar a recurrir a la mezcla de acetatos para obtener la calidad deseada. Estas dificultades son las que explican la larga historia de las sucesivas apariciones y desapariciones de diacetatos y triacetatos y de los intentos para incorporar el uso de ésteres mixtos, como los acetatos butirato y propionato.
Los acetatos de celulosa son unos de los primeros termoplásticos moldeables por extrusión e inyección.
El acetato de celulosa, siendo soluble en solventes orgánicos como acetona, es también apropiado para hilado en fibras, las cuales se denominan “fibras de acetato”. La celulosa a partir de la madera es hinchada con ácido acético, convertida en acetato de celulosa usando anhídrido acético y luego disuelta en acetona. La solución viscosa resultante es bombeada a través de hiladores formando, en aire caliente, filamentos. La acetona se evapora y es recuperada.

Diacetatos de celulosa
El diacetato de celulosa es "un éster parcialmente hidrolizado". En cada uno de los anillos de la cadena molecular de la celulosa modificada queda, como mínimo, un grupo OH que no ha sido sustituido y estos grupos convierten al diacetato en un material muy permeable a la humedad.
Diacetato de celulosa
No es posible hablar del diacetato como si fuera un único plástico. En algunos diacetatos se han detectado restos de sulfatos (que incrementan notablemente su susceptibilidad a la humedad) así como el uso de plastificantes, como el monocloronaftaleno, extremadamente volátiles y que contribuyen a una temprana pérdida de las características mecánicas y dimensionales.

Ésteres mixtos: acetato-propionato y acetato-butirato
Antes del desarrollo del triacetato de celulosa plastificado con trifenilfosfato, por las deficiencias en el comportamiento mecánico y, sobre todo, por la elevada tendencia a absorber humedad de los diacetatos de celulosa, en la fabricación de películas se introducirían dos ésteres mixtos plastificados, el acetato-propionato y el acetato butirato, que fueron producidos por varios fabricantes de productos químicos (como Kodak y Bayer) y utilizados por Kodak y por Gevaert en la fabricación de soportes para cinematografía.
En estos plásticos, la esterificación de la celulosa se realiza mediante una mezcla de dos ácidos: el acético y el propiónico o el butírico.
Las cualidades de ambos plásticos son bastante parecidas. Los dos son ligeramente menos pesados que el nitrato o que el acetato, presentan un índice de refracción muy ligeramente inferior y sus calidades mecánicas son inferiores a las del nitrato pero superiores a las de los diacetatos existentes en la época. El acetato-butirato muestra una gran resistencia a la absorción de humedad (aunque inferior a la del nitrato).
Las cualidades de estos materiales, superiores a las de los diacetatos, pero tanto Kodak como Gevaert los dedicaron casi exclusivamente a la fabricación de películas de paso estrecho

Triacetato de celulosa plastificado
A partir de los años cincuenta, el triacetato ha sido el plástico fundamental en la fabricación de bases/soportes para las películas cinematográficas. 
Triacetato de celulosa
Desde el principio, los archivos recibieron encantados el nuevo plástico que en la actualidad constituye el soporte fundamental en la gran mayoría de las colecciones. Pero en 1957, apenas 10 años después del inicio de su fabricación industrial, archivos situados en climas cálidos y húmedos empezaron a emitir noticias sobre procesos de degradación química.
Los fabricantes contestaron indicando que las películas con soportes de triacetato de celulosa plastificado debían almacenarse a temperaturas comprendidas entre los 17 y 27ºC (60 - 80ºF) y humedades relativas entre el 40 y 50%HR, condiciones equiparables a las recomendadas para cualquier otro tipo de archivo pero que muy pronto se mostrarían insuficientes para los cinematográficos.
La degradación química de los triacetatos se conoce como "síndrome de vinagre"

Proceso de fabricación del triacetato de celulosa
La fabricación de triacetato es un proceso industrial sumamente complejo y sometido a múltiples variables no totalmente controlables.
La fabricación de película cinematográfica se desarrolla en dos fases.
- En la primera, fabricación del triacetato, el proceso se inicia precalentando el algodón, durante 1-2 horas, impregnado con un 30-40% de su peso en ácido acético gla­cial. La reacción de acetilación se realiza en una mezcla en la que por cada 100 partes de celulosa pretratada y enfriada a l5-20ºC, se introducen 300 partes de anhídrido acético, 400 partes de cloruro de metileno y 1 parte de ácido sulfúrico.
- En la segunda fase del proceso, el triacetato (que llega en forma de escamas) se disuelve, obteniendo una mezcla muy viscosa, y se adicionan el plastificante y los otros aditivos que se estimen necesarios. La mezcla se extiende sobre una cinta transportadora sin fin y pasa por una sección de secado para eliminar el disolvente.
Las propiedades del plástico así obtenido dependerán de la longitud de cadena de las moléculas de celulosa (el grado de polimerización, que representa el número de monómeros que integran la cadena polimérica), del grado de acetilación (sustitución) y del tipo y cantidad de plastificante.
El grado de polimerización de los compuestos que se obtienen en la fabricación se sitúa en el inter­valo 175-360. Un grado de sustitución de 2.7, indica que la mayoría de los anillos del polímero (el 90%) tienen sus tres OH sustituidos, pero también indica que hay grupos hidroxilos libres y dispuestos para asociarse con la humedad.
Las dificultades para la obtención de un determinado grado polimerización, unidas a las dificultades para obtener un grado de sustitución homogéneo y lo más elevado posible, obligan a los fabricantes a realizar mezclas con distintos lotes de triacetato hasta obtener un material de las características deseadas.
El que la obtención exacta del triacetato deseado presente tantas dificultades y deba realizarse mediante mezcla, lleva, inevitablemente, a tener que admitir que (como ya ocurriera con los diacetatos) cuando se habla de triacetato se está hablando de un material que puede presentar diferencias significativas en sus propiedades (y en su conservación) entre los producidos por unas y otras fábricas y en unas y otras épocas.
Sin duda, si pudieran ser clasificadas, esas diferencias explicarían las diferencias de envejecimiento que continuamente se detectan entre películas aparentemente iguales y que han sido conservadas en condiciones idénticas.
En la fabricación de películas cinema­tográficas se utiliza como plastificante el trifenilfosfato que también actúa como estabilizante y, además, es un retar­dador de llama. Este plastificante puede representar sobre el 11% de la masa total.

Propiedades y características del triacetato de celulosa
La flexibilidad de una película cinematográfica depende del plastificante. La pérdida del plastificante determinará la pérdida de flexibilidad pero también una importante pérdida de dimensiones (contracción).
El triacetato no es autoinflamable y su punto de inflamación se sitúa en torno a los 430 grados. La combustión del triacetato, tanto a temperaturas inferiores a la de inflamación como a las superiores, es mucho más lenta que en el nitrato, y además tiene la ventaja de no desprender óxidos nitrosos, aunque los gases que se producen en la combustión sigan siendo tóxicos.
Bajo la acción de la luz presenta una cierta tendencia a adquirir coloración amarilla, pero en las condiciones normales de utilización de las películas cinematográficas esta característica no reviste importancia.

Ejemplo de las características y propiedades de la película de acetato. Fuente empresa Goodfellow.  
Propiedades Eléctricas
Constante Dieléctrica a 1MHz
~5
Factor de Disipación a 1 kHz
0,06
Resistencia Dieléctrica (kV / mm)
11
Resistividad de Volumen ( Ohmcm )
5 x 1012

Propiedades Físicas
Absorción de Agua - en 24 horas ( % )
1,9-7,0
Densidad ( g / cm )
1,3
Indice Refractivo
1,49
Indice de Oxígeno Límite ( % )
19
Inflamabilidad
HB
Resistencia a la Radiación
Aceptable
Resistencia a los Ultra-violetas
Aceptable

Propiedades Mecánicas
Dureza - Rockwell
34-125
Módulo de Tracción ( GPa )
1,0-4,0
Resistencia a la Abrasión-ASTM D1044 (mg/1000 ciclos)
65
Resistencia a la Tracción (MPa)
12-110
Resistencia al Impacto Izod (J / m)
100-450

Propiedades Térmicas
Calor Específico (J / K kg)
1200-1900
Coeficiente de Expansión Térmica (x10-6 K-1)
80-180
Conductividad Térmica a 23C ( W / m K)
0,16-0,36
Temperatura Máxima de Utilización (ºC)
55-95
Temperatura Mínima de Utilización (ºC)
-20
Temperatura de Deflección en Caliente - 0.45MPa (ºC)
52-105
Temperatura de Deflección en Caliente - 1.8MPa (ºC)
48-86

Resistencia Química
Acidos - concentrados
Mala
Acidos - diluidos
Buena-Mala
Alcalís
Mala
Alcoholes
Aceptable-Buena
Cetonas
Mala
Grasas y Aceites
Buena
Halógenos
Mala
Hidro-carbonios halógenos
Buena-Mala
Hidrocarburos Aromáticos
Buena-Mala


Tabla comparativa de plásticos celulósicos. Fuente: J.A. Brydson “Plastics Materials”, Butterworth Scientific, 1985.
Plásticos celulósicos.
Valores indicativos comparados entre los ésteres mixtos y el nitrato y acetato

A-Propianato
A-Butirato
Nitrato
Acetato
Peso específico
1.19 a 1.23
1.15 a 1.22
1.27 a 1.32
1.35 a 1.40
Índice de refracción
1.46 a 1.49
1.47 a 1.48
1.47 a 1.5
1.5
Resistencia a la tracción
24-50
17-52
24-76
35-70
Alargamiento hasta rotura
30-100
8-80
5-55
10-40
Absorción de humedad
1.5 a 2.8
0.9 a 2.4
0.6 a 2.0
1.0 a 3.0


Degradación del triacetato
La degradación del triacetato no puede iniciarse espontáneamente.
Para iniciarla es necesario contar con agentes externos, capaces para activar la reacción mediante mecanismos de oxidación o de fotodegradación ultravioleta o (bajo la acción combinada de temperaturas y humedades elevadas) de hidrólisis.
La degradación por oxidación se inhibe mediante la adición de un producto antioxidante a la masa del plástico durante su fabricación y, por sus condiciones normales de uso, para las películas cinematográficas, la radiación ultravioleta no constituye un problema importante; así, es necesario situar a la susceptibilidad al agua del triacetato (entre dos y tres veces superior a la del nitrato) en el origen de la degradación acética, pero advirtiendo que esta degradación sólo se producirá si concurren las temperaturas suficientemente elevadas.
El que la degradación estructural de estos plásticos, a diferencia de la de los nitratos, no pueda iniciarse sin la acción de un agente externo constituye la base de la posibilidad de desarrollar políticas de preservación basadas en la conservación de soportes de triacetato. No obstante, es necesario tener presente que lo que depende de la acción de agentes externos es el inicio de la degradación; una vez que la degradación acética se ha iniciado y ya exista ácido acético libre en el plástico, la degradación se convierte en autosostenible y el control de las condiciones de almacenamiento únicamente conseguirá frenar su desarrollo.
La degradación puede iniciarse durante el mismo proceso de fabricación del acetato y, en efecto, los procesos de depuración y esterificación se producen a temperaturas relativamente elevadas (y algunos, con la presencia directa de agua entre los componentes), y las características plásticas (imprescindibles para su conformación en láminas finas) se consiguen elevando la temperatura de la masa de triacetato; la degradación acética puede iniciarse en esos momentos y llegar "latente", en una película absolutamente nueva, a los archivos.
Como se ha indicado, existen diversos procedimientos para la fabricación del triacetato y, además, es altamente probable que cada procedimiento haya sido modificado varias veces en las líneas de producción de cada fabricante. Quizá, estas irregularidades, en concurrencia con otras causas, estén en el origen de las diferencias para la conservación que se han observado entre películas de distintos fabricantes o épocas.
El trifenilfosfato es un plastificante mucho menos volátil que el alcanfor utilizado en los nitratos. Mientras que la degradación acética no le afecte, la contracción por pérdida de plastificante permanecerá en niveles mínimos (como se observa en películas de los cincuenta, no degradadas, que exhiben contracciones muy reducidas) pero al desarrollarse la degradación, también el plastificante intervendrá en las reacciones y su desaparición contribuirá a la destrucción de la película, incrementando su rigidez y deformándola.
La degradación estructural del material plástico conducirá a la pérdida de sus propiedades mecánicas, así como a la aparición de productos volátiles como CO, CO2, agua y ácido acético. Si todos esos productos, por estar la película encerrada en envases herméticos o por simples deficiencias en la ventilación de los almacenes, no son retirados de atmósfera que rodea a la película, contribuirán a acelerar el desarrollo de la degradación.

APLICACIONES
El acetato de celulosa es usado como una base de película en la fotografía, como un componente en algunos pegamentos, soporte de cinta adhesiva y como un material de marco para anteojos; también es usado como una fibra sintética y en la fabricación de filtros de cigarrillo. El acetato es usado, en combinación con otras fibras (seda, algodón, lana, nylon, etc.), en telas como satenes, brocados, y tafetanes para acentuar el lustre, el cuerpo, la caída y la belleza.
Las características de las telas con fibras de acetato son:
Tacto: suave, liso, seco, resistente
Comodidad: fresca, se seca con facilidad, no hay calor estático
Caída: el movimiento de los forros coordinan con el cuerpo.
Color: sombras profundas brillantes
Brillo: el reflejo de la luz crea una apariencia única.
Desempeño: colores inalterables a causa del sudor, a lavado en seco, agua o vapor, permeable
Tenacidad: Fibra débil, se rompe de 1.2 a 1.4 g/d, rápidamente pierde fuerza cuando esta mojada
Absorción: resistencia pobre.
Retención del Calor: pobre retención del calor,
Ningún potencial alergénico (hipoalergénico)
Teñido: 2 métodos, método del cross-dying donde los hilos de una fibra y las otras son tejidos con el diseño deseado. Solution-Dying proporciona un excelente teñido y resistente a la luz solar, sudor, lavado.

Otras aplicaciones menos habituales pero no menos importantes pueden ser: filtros membrana, discos y cintas fonográficos, juguetes, barajas, teclas para máquinas de escribir y calculadoras, vidrios de relojes, mangos de cuchillos, partes de máscaras de protección, etc.
Película fotográfica

Mango de desarmador
Juego de naipes

Soporte de cinta adhesiva




Fuentes:
Ciencia de los polímeros - Fred Wallace Billmeyer
J.A. Brydson “Plastics Materials”, Butterworth Scientific, 1985.
www.mcu.es
www.eis.uva.es
es.wikipedia.org
www.textoscientificos.com
www.goodfellow.com

miércoles, 27 de julio de 2011

Celuloide

Introducción
El celuloide es el nombre comercial del material plástico nitrato de celulosa (plastificado), que se obtiene usando nitrocelulosa y alcanfor. Es un derivado de un polímero natural, la celulosa.
La celulosa es uno de los muchos polímeros encontrados en la naturaleza. La madera, el papel y el algodón contienen celulosa. La celulosa es una excelente fibra. La madera, el algodón y la cuerda de cáñamo están constituidos de celulosa fibrosa. La celulosa está formada por unidades repetidas de monómero glucosa.

Estructura química de la celulosa


El celuloide fue patentado en 1872 por John Wesley Hyatt. En el año 1868, Hyatt adquiriría la patente británica de Parkes sobre la parkesina.
En 1887, Hannibal Williston Goodwin utilizó el material como soporte para película fotográfica, revolucionando el campo de la fotografía y abriendo el camino al nacimiento del cine. Es por esa razón que se conoce al cine, popularmente, como "el celuloide".
El celuloide fue usado como soporte cinematográfico hasta el año 1940. A partir de ese año se comienza a usar triacetato de celuloide, con lo que se evitó el alto peligro de incendio en los cines y en los almacenes de películas. En la actualidad el triacetato de celuloide está siendo sustituido por el poliéster por ser este material más económico, aunque reduce la calidad de la imagen y de la proyección.

Composición
Una formulación típica del celuloide puede contener 70 a 80 porciones nitrocelulosa (nitrado al 10.7 - 11.2% de nitrógeno), 30 porciones alcanfor, 0 a 14 porciones de tinte, 1 a 5 porciones alcohol etílico, más estabilizadores y otros agentes para aumentar estabilidad y para reducir la inflamabilidad.
Nitrocelulosa:
La nitrocelulosa, fulmicotón o algodón pólvora fue sintetizado por primera vez en el año 1845 por Christian Schönbein. Es un sólido parecido al algodón, o un líquido gelatinoso ligeramente amarillo o incoloro con olor a éter. Se emplea en la elaboración de explosivos, propulsores para cohetes, celuloide y como materia prima en la elaboración de pinturas, lacas, barnices, tintas, selladores y otros productos similares. Es famoso su uso tradicional como laca nitrocelulósica aplicada como acabado sobre la madera en guitarras eléctricas de calidad como ocurre con las guitarras Gibson
Se sintetiza a base de algodón, Ácido nítrico y ácido sulfúrico, los mismos utilizados en la nitroglicerina. De esta manera, forma principalmente nitrato de celulosa.
Para obtenerla se hace una mezcla de 1 volumen de ácido nítrico (HNO3) y tres volúmenes de ácido sulfúrico (H2SO4), pues la reacción de la celulosa con el ácido nítrico, además de formar la nitrocelulosa, produce agua, la cual diluye rápidamente al ácido nítrico. Al ser el ácido sulfúrico higroscópico, éste toma el exceso de agua en la reacción sin diluir al ácido nítrico.
Cuando la mezcla de ambos ácidos está fría, se introduce el algodón y deja durante unos 15 minutos estabilizando la temperatura (enfriando, ya que la reacción es muy exotérmica), después de lo cual se lava en acetona y se seca. Opcional al lavado con acetona es un lavado rápido con agua y bicarbonato de sodio (NaHCO3), que eliminará posibles residuos de ácido; aunque hará que la nitrocelulosa obtenida se seque más lentamente, ya que el agua es menos volátil que la acetona.
Una vez fabricada conserva el aspecto de algodón ordinario, aunque la nitrocelulosa es más áspera al tacto.
Nitrocelulosa
La obtención descrita anteriormente genera una nitrocelulosa altamente explosiva y peligrosa, con un grado altísimo de pureza; por lo que se recomienda variar las proporciones con respecto al ácido sulfúrico si se desea hacer demostraciones sencillas. Cuanto menos ácido sulfúrico sea usado (Con respecto a la proporción 1HNO3:3H2SO4), menor grado de pureza tendrá la nitrocelulosa.
Una vez seco, es soluble en el dietiléter, acetona y el éter acético. Se enciende a 120ºC. Al arder produce dióxido de carbono, monóxido de carbono, agua y nitrógeno.
La nitrocelulosa se obtiene, a nivel industrial, por nitración de alfa-celulosa de algodón o pulpa de madera.
Estructura química de la nitrocelulosa

Alcanfor:
El alcanfor es una sustancia semisólida cristalina y cerosa con un fuerte y penetrante olor acre. Es un terpenoide con la fórmula química C10H16O. Se encuentra en la madera del árbol Alcanforero. Puede también ser sintetizado del aceite de trementina.
El alcanfor fue sintetizado por vez primera por Gustav Komppa en 1903. Komppa comenzó su producción industrial en Tainionkosky (Finlandia) en 1907, siendo la primera síntesis totalmente industrial.
Los usos modernos lo incluyen como plastificante del nitrato de celulosa, como repelente de la polilla, como una sustancia antimicrobiana, como bálsamo, y en la pirotecnia.

Propiedades
Es un material flexible, transparente y resistente a la humedad, pero también es extremadamente inflamable, característica que limita su uso.
Las nitrocelulosas contienen grandes cantidades de oxigeno en su estructura y no precisan del oxígeno exterior ni para alimentar su combustión sin llama ni para su inflamación. Temperatura de auto-inflamación: 160ºC
El celuloide admite técnicas finales de corte y mecanizado (evitando sobrecalentamiento); se puede segar, cepillar, cortar, laminar, plegar, perforar, estirar, tornear, estampar a presión, cocida, enclavada, o engrapada, también se puede modelar calentándola simplemente con agua caliente o aire caliente; se puede encolar y decorar en superficie. En cambio no se puede someter a inyección ni a compresión ni tampoco trabajarla con el extrusor ya que se descompone
El celuloide se disuelve en acetona y acetato de amilo
No es un buen aislante eléctrico
Es atacado por los ácidos y bases (poca resistencia química). Se endurece al envejecer y es atacado por la radiación solar. Es inflamable, con deflagración. Los productos emitidos en la degradación térmica son tóxicos.

Usos
El celuloide encontró su principal uso como soporte para película fotográfica, pero la combinación del nitrato inflamable y de los bulbos calientes del proyector de películas, acabó por causar incendios en muchas salas cinematográficas, siendo reemplazado en 1940 por el triacetato de celulosa.
Rollos de cintas cinematográficas


Cinta cinematográfica

Otros usos típicos del celuloide son: juguetes, artículos sanitarios, objetos para la casa y en las artes para imitar el marfil, la concha y el coral.
La primera producción de muñecas en celuloide se realizó en Estados Unidos hacia 1860, patentado por la Celluloid Novelty Company.
En Europa, los grandes fabricantes compraron licencias para producirlo. En Alemania el primero fue la Rheinische Gummi & Celluloid Fabrik, (Schildkrot)
Muñeca hecha de celuloide
El nitrato de celulosa también fue utilizado para elaborar un polímero conteniendo un material compuesto, el vidrio de seguridad. Este era un sándwich hecho de una lámina de nitrato de celulosa entre dos capas de vidrio. La lámina de nitrato de celulosa mantenía unido al vidrio, en caso de que éste se rompiera. Esto fue ideal para los parabrisas de automóvil. En caso de accidente, el vidrio de hecho podía romperse, pero los fragmentos permanecerían adheridos a la lámina de nitrato de celulosa, en lugar de proyectarse e incrustarse en la cara de los pasajeros.

Los productos todavía hechos del celuloide incluyen pelotas de tenis de mesa y algunos accesorios y piezas de instrumento musicales: púas para guitarras y pickguards. 
Tambien es muy común la utilización de nitrocelulosa en la elaboración de filtros membrana para tareas de filtrado en laboratorios. Estas membranas son de naturaleza hidrofílica, con una microestructura muy uniforme, lo que permite excelentes niveles de retención de partículas y un comportamiento perfecto en tareas microbiológicas.
Pelotas de ping-pong
Púas para guitarra

Pickguard de guitarra eléctrica
Filtro membrana



Fuente:
Química orgánica básica y aplicada: de la molécula a la industria, Volumen 2  Escrito por Eduardo Primo Yúfera
pslc.ws/spanish/index.htm
es.wikipedia.org
www.mcu.es
www.jjimeno.com

Parkesina


La parkesina, precursora del celuloide, fue inventada por Alexander Parkes, profesor de ciencias naturales de Birmingham.
Alexander Parkes

Alrededor del año 1850, Parkes experimentaba con un producto químico en su laboratorio, la nitrocelulosa, y al mezclarla con alcanfor descubrió que el compuesto formaba una sustancia transparente, dura pero flexible, que llamó parkesine. A principios de la década de 1850, no había mercado para aquella película delgada y transparente, así que, en el año 1868, John Wesley Hyatt adquiriría la patente británica y el doctor Parkes se mostraría más que satisfecho por vender los derechos de la patente de aquella novedad que había intentado comercializar sin éxito.
Debido a una gran escasez de marfil, un fabricante de bolas de billar de Nueva Inglaterra ofreció un premio de 10.000 dólares a quien encontrase un sucedáneo adecuado. Hyatt se presento y ganó el premio con lo que había bautizado como celulloid. En 1872, patentaría su “invento”. Con él se empezaron a fabricar distintos objetos como mangos de cuchillo, armazones de lentes y película cinematográfica. Sin el celuloide no hubiera podido iniciarse la industria cinematográfica a fines del siglo XIX. El celuloide puede ser ablandado repetidamente y moldeado de nuevo mediante calor, por lo que recibe el calificativo de termoplástico.


Antíguos artículos de parkesina




Fuentes:
http://plastiquarian.com
https://www.britannica.com
https://en.wikipedia.org

viernes, 22 de julio de 2011

Filtros de extrusión


En todos los procesos de la extrusión se acostumbra a usar un elemento denominado por los americanos como “Breaker-Plate” que traducido a nuestro idioma podría ser platina perforada o literalmente hablando plato rompedor.
Este elemento se intercala al extremo del extrusor, entre el tornillo y la boquilla, y consiste, como ya de había dicho anteriormente, en el disco metálico de acero inoxidable  perforado (con perforaciones circulares de medidas especificadas) el cual mantiene un paquete de filtros-tamices, mallas o como se llama en la tecnología: “Screen-Pack”.
El paquete de filtros estaría arreglado en tal forma que el material en estado fundido penetre primero, por ejemplo, en el filtro de mallas mas fino y seguidamente en los filtros de mallas mas gruesas. Otra modalidad alternativa seria la de intercalara en el paquete de filtros, malla mas fina en el medio. Finalmente, otra seria la de usar la malla mas gruesa al comienzo, y la mas fina al fina. Es decir no hay una norma precisa al respecto.
El arreglo de mallas, ilustrado aquí con mallas finas ubicadas entre las gruesas, del modo normalmente recomendado, así como la platina que la soporta. Este conjunto funciona principalmente como un filtro contra el material extraño que puedo haber entrado en la tolva. También ayuda a aumentar la contrapresión en el cilindro y de este modo a mejorar el mezclado y la homogenización de la masa fundida.
Un paquete de filtros (Screen-Pack) típico podría consistir de mallas 20/40/60. Sin embargo este arreglo varia de acuerdo al material que se este procesando, del proceso a realizar y de la longitud del tornillo.
Por ejemplo, para la trasformación del Polietileno en película se recomienda un “Scree-Pack” relativamente liviano o sea 20/80/20; esto teniendo en cuenta que el “globo” se extruye verticalmente de una matriz corriente. Mas adelante explicaremos todos estos términos
Las características del disco metálico o “Breaker-Plate” y su óptimo uso, se cumple perforando orificios de 1/16”  a 1/8”  de diámetro, sobre un 30 - 35% del área total del disco, dispuestos los orificios en forma simétrica.  
La cantidad y especificaciones de los tamices depende de la maquina y del tipo y caracteristicas de la resina a trabajar.

Básicamente  la función del “Breaker-Plate” y el “Screen-Pack”, consiste en filtrar cualquier material extraño que pude estar presente en el material fundido, pero además tiene las siguientes funciones: 
1.      Romper el flujo de material plástico fundido, distribuirlos convenientemente, y dar un movimiento consistente hacia adelante, con una contrapresión controlada.
2.      Impedir la continuidad de porciones frías de material hasta que tenga la misma plasticidad que el resto del material.
3.      Retener, en general, impurezas y en especial “geles” y aglomerados que podrían contaminar el producto final deseado.
4.      Controlar la presión desarrollada por el extrusor.
5.      Transforma el movimiento helicoidal que le suministra el tornillo al fundir un flujo paralelo mas regular.
A propósito de lo anterior, el arreglo de las mallas puede influir en la marcha de la extrusión de distintos modos: Puede, por ejemplo, aumentarse notablemente la contrapresión de la zona dosificadora, con el uso de un arreglo de mallas finas. Este efecto de contrapresión ocurre a las temperaturas y presiones mas bajas que son características de la extrusión de películas sopladas. Una contrapresión mayor a una velocidad dada del tornillo mejora el mezclado y el homogenizado, y por lo tanto la calidad de la extrusión, aunque puede reducir ligeramente la producción. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que al aumentar  algo la temperatura de la masa fundida, al usar un arreglo de malla mas complejo, se aumenta la presión y genera calor de fricción adicional.

Al aumentar el número de tamices, o la finura de los mismos, se incrementa la fricción del fundido por retención en el cilindro, y por consiguiente la temperatura, incremento que debe ser ajustado con un descenso en el suministro de calor por parte de las resistencias.
A mayor contrapresión,  con una misma velocidad del motor, se incrementa la mezcla y homogenización de la resina, con la consecuente mejora de la calidad del producto. Si hay más contrapresión, la producción horaria de la máquina debe disminuir, situación que podemos corregir incrementado la velocidad del motor.

Algunas operaciones de extrusión obliga a un cambio tan frecuente de filtros, que ha exigido que los fabricantes de maquinaria hayan diseñado un cambio automático de filtros (Cambia filtros automático). Con un mecanismo de este tipo, es posible verificar un cambio de filtro en décimas de segundos, automáticamente, pero su uso básico dependerá de su aplicabilidad, y donde permita el proceso su inversión.  Con este sistema se elimina el penoso trabajo de cambiar filtros; interrumpir la operación; la perdida de tiempo con esto conlleva; el desperdicio producido. Si se tiene en cuenta que este cambio en algunos casos, puede durar de 15 a 30 minutos, y en algunos casos mas complicados. Nuevas tecnologías incluyen en la maquinaria un sistema auto-limpiante de filtros lo que no solo permite el cambio automático de los filtros sino también el reaprovechamiento de los filtros ocluidos de contaminantes.  Estos equipos, cuentan con dos platos rompedores con filtros. Cuando se satura de contaminación uno de las mallas filtrantes, se hace pasar una pequeño flujo del mismo material fundido en contra flujo (purga), lo que da como resultado la eliminación de los contaminantes; mientras tanto, el otro filtro permanece en operación. Estos filtros autolimpiantes son muy útiles cuando de extrudar material muy contaminado (ejemplo: material reciclado) se trata.

Mallas filtrantes
Las mallas filtrantes para extrusión están constituidas por hilos metálicos tejidos de trama ajustada, dependiendo del tipo de trama y diámetro del hilo dependerán su poder filtrante. Los hilos metálicos pueden estar constituidos de acero galvanizado, acero al cromo, acero al cromo-níquel, acero al cromo-níquel-molibdeno, titanio, etc.

Las formas de las mallas filtrantes son muy variadas y dependerán de la forma del plato rompedor, como así también, existen tiras o rollos de malla filtrante utilizados como filtros continuos que se van corriendo a medida que se va obturando con los contaminantes.
Cono filtrante con borde comprimido

Tiras filtrantes para la filtración sin fin

Filtro para extrusión plisado con borde comprimido

Filtro para extrusión trapezoidal con borde comprimido

En el comercio se encuentran pack de mallas filtrantes sujetos por soldadura de punto, aro de aluminio o compresión.
Los filtros para extrusión con compresión del borde constan de varias capas de tela metálica, prácticamente libres de poros en el perímetro exterior gracias a la compresión. De este modo se evita eficazmente la fuga horizontal de la masa fundida dentro de la capa filtrante.
Compresión del borde

Trama de la malla
Existen varias tipos de formas de mallas, siendo las más utilizadas en extrusión las mallas cerradas del tipo reps. Eventualmente, en algunas ocasiones se utilizan mallas cuadradas como soportes de las mallas cerradas
Malla cuadrada

Malla alargada en largo

Malla alargada en ancho

Malla cerrada, tela filtrante (reps)

Reps filtrantes
Los reps son mallas que presenta una trama muy cerrada y capaz de soportar presiones muy elevadas, tales como las utilizadas durante el proceso de extrusión. Los tipos de reps más comunes son: SPW reps liso, SPW con alambres de urdimbre dobles, HIFLO con elevada capacidad de filtración, DTW reps asargado, BMT ZZ tejido especial, RPD reps panzer liso invertido y asargado.


Single Plain Dutch Weave (SPW). Reps liso.
En la tela, los alambres de trama están estrechamente ligados unos a otros. La suma del diámetro de los alambres de trama antes de tejer es 6% superior al valor total de los mismos, una vez tejidos, debido a la deformación que sufren.
Los tejidos reps SPW también pueden tejerse con alambres de urdimbre múltiples, yuxtapuestos paralelamente. De este modo se mejora la finura de filtración.

Mesh
Finura de filtración
Finura de filtración
Carga de rotura
Peso
Grueso de la tela

nominal
absoluta
urdimbre
trama



µm
µm
N
N
kg/m2
mm
80x300
25
32-36
330
460
0,98
0,25
80x400
36
36-45
310
430
0,82
0,23
2/50x250
30
42-48
310
670
1,15
0,31
50x250
40
56-63
310
640
1,00
0,32
50x280
45
71-75
310
680
1,00
0,32
40x200
56
75-80
320
730
1,30
0,40
30x150
63
100-112
420
870
1,60
0,50
24x110
80
112-125
930
1600
2,70
0,67
22x140

140-170
570
980
2,10
0,66
20x160

160-180
300
870
1,55
0,50
20x150

170-190
260
1100
1,60
0,55
16x120

200-210
280
1320
1,95
0,64
14x110

220-240
390
1500
2,15
0,72
12x 95

240-260
330
1440
2,30
0,79
14x 88

280-300
640
1650
3,15
0,76
10x 90

270-290
510
1750
2,50
0,93
12x 64

280-300
750
2620
4,10
1,21
8x 85

330-350
400
2100
2,50
0,93
Datos aclaratorios:
Los datos indicados se basan en valores aproximados. La capacidad de filtración efectiva depende de las condiciones de utilización.
Carga de rotura en newtons (N) en una muestra de tela de 10 mm de ancho, 100 mm de largo libre entre mordazas.
Peso kg/m2 del acero fino inoxidable 1.4301

Dutch Twilled Weave (DTW). Reps asargado.
Los alambres de trama están asargados y tejidos estrechamente. Así, por un punto del alambre de urdimbre pasa un alambre de trama por encima y otro por debajo.
La suma del diámetro de los alambres de trama antes de tejer es de un 5 a un 15% mayor que el doble de la longitud de la tela una vez estos han sido tejidos. Con un diámetro de alambre idéntico, el reps DTW tiene el doble de alambres de trama que el SPW en tejido liso. Las telas de reps SPW también pueden tejerse con alambres de urdimbre múltiples, con lo que se mejora la finura de filtración.

Mesh
Finura de filtración
Finura de filtración
Carga de rotura
Peso
Grueso de la tela

nominal
absoluta
urdimbre
trama



µm
µm
N
N
kg/m2
mm
425x2800
< 1
5-6
75
335
0,36
0,06
375x2300
1
6-7
150
320
0,39
0,08
325x2300
2
7-8
140
330
0,47
0,09
260x1550
3
8-10
200
420
0,68
0,12
250x1400
4
11-12
190
480
0,68
0,12
200x1400
5
11-13
220
480
0,75
0,14
130x 700
8
13-15
390
640
1,60
0,28
200x1120
9
15-17
240
600
0,95
0,16
165x1400
10
15-18
200
510
0,70
0,15
165x1100
12
20-21
220
620
0,90
0,16
80x 700
25
34-36
210
860
1,20
0,26
40x 560
50
71-80
240
1300
1,70
0,39
30x 360
80
95-106
560
1650
2,60
0,54
30x 250

100-112
520
2340
3,20
0,65
20x 260

100-120
290
2200
3,10
0,67
40x 560

106-112
550
1420
1,95
0,46
24x 300

112-118
390
2040
2,85
0,63


Broad Mesh Twilled Dutch Weave (BMT).
Reps asargado con malla alargada en ancho.
Broad Mesh Twilled Dutch Weave, Zig-Zag (BMT-ZZ). Reps asargado con malla alargada en ancho en zig-zag.
En los reps BMT, los alambres de trama no están tan estrechamente tejidos, sino que, colocados uno junto a otro, mantienen una cierta separación. Así, el número de mesh en la trama y la finura de filtración varían periódicamente en un intervalo dado.
BMT-ZZ está tejido como BMT, pero a través de unos cambios especiales en la sucesión de ligamentos garantiza un mayor grado de exactitud y regularidad de mallas.

Mesh
Finura de filtración
Finura de filtración
Carga de rotura
Peso
Grueso de la tela

nominal
absoluta
urdimbre
trama



µm
µm
N
N
kg/m2
mm
325x1900
6
6-8
135
195
0,43
0,09
325x1600
8
10-12
120
245
0,45
0,09
250x1250
12
13-15
200
350
0.64
0,12
200x1200
14
20-22
240
420
0,71
0,14
200x 900
16
22-24
160
460
0,64
0,14
200x 900
16
22-24
195
440
0,64
0,15
165x 800
15
24-28
200
430
0,71
0,16
165x 800
15
24-28
205
350
0,71
0,17
200x 600
20
28-32
170
290
0,50
0,15
200x 600
20
28-32
105
180
0,50
0,14
120x 600
28
38-42
270
450
0,90
0,23
120x 400
32
48-53
290
400
0,75
0,24

Reverse Plain Dutch Weave (RPD). Reps panzer.
Twilled Reverse Dutch Weave (TRD). Reps panzer asargado.
RPD tiene los alambres de urdimbre tejidos muy estrechamente y de diámetro más pequeño que los de trama, que son muy gruesos. Representación del llamado "reps invertido".
TRD es igualmente un tipo de reps panzer pero asargado. Los alambres de urdimbre están colocados como los de RPD, pero los de trama están tejidos de forma asargada a fin de no deformar en exceso los de urdimbre.

Mesh
Finura de filtración
Finura de filtración
Carga de rotura
Peso
Grueso de la tela

nominal
absoluta
urdimbre
trama



µm
µm
N
N
kg/m2
mm
720x150
15
16- 20
240
400
0,65
0,15
630x130
17
20- 24
210
480
0,85
0,22
600x100
25
34- 38
205
425
0,80
0,23
290x 75
40
53- 58
540
700
1,55
0,40
175x 50
60
67- 75
570
1200
2,40
0,57
400x120
75
75- 80
360
230
0,73
0,24
130x 35
80
95-105
860
1250
3,10
0,77
175x 37
85
100-106
780
720
2,10
0,57
170x 40
90
106-118
890
770
2,10
0,57
260x 40
125
112-125
2220
580
2,25
0,62
84x 14

450-530
1630
1160
3,50
1,15
132x 17

400-450
4500
760
4,65
1,35
80x 14

560-630
1550
1160
3,40
1,18
72x 15

500-600
5330
810
6,35
1,85

High Flow Filter Weave (Hiflo). Reps con elevada capacidad de filtración.
Los alambres de trama son mucho más finos que los de urdimbre y están estrechamente tejidos. Así aumenta de forma considerable el paso libre en los cortes transversales, en comparación con otros tipos de tejido

 

Mesh
Finura de filtración
Finura de filtración
Carga de rotura
Peso
Grueso de la tela

nominal
absoluta
urdimbre
trama



µm
µm
N
N
kg/m2
mm
165x1100

19-20
088
137
0,29
0,09
80x1020

22-25
160
251
0,49
0,17
80x0820

28-30
152
182
0,41
0,16
80x0700

34-36
251
204
0,60
0,21
80x0525

38-40
182
270
0,53
0,19
70x0450

42-45
329
345
0,80
0,24
53x0480

48-50
188
296
0,72
0,25
53x0380

67-70
200
335
0,82
0,26

Medición de mallas metálicas
Diámetro del Alambre
El diámetro del alambre tras el tejido puede determinarse aplicando los siguientes métodos:
1.- midiendo alambres extraídos de la tela (por ejemplo, mediante un palmer / micrométrico);
2.- midiendo los alambres en la tela, siempre y cuando se disponga del espacio suficiente para el instrumento de medición.
La tolerancia que tenía el alambre antes del proceso de tejido ya no puede determinarse en estado tejido, debido a la acusada deformación. No obstante, el diámetro del alambre nominal procesado puede calcularse aplicando la fórmula de peso empírica (ver columna peso en tablas de las mallas).

Palmer/micrométrico para la medición del diámetro del alambre


Luz de malla (método de campo de medición)
En este método simplificado se determina el número de mallas (p) en una longitud concreta (L). Esta longitud se divide por el número de mallas, obteniéndose el promedio de las mallas. Al restar a este promedio el diámetro del alambre (d), se obtiene la luz de malla (w).
Calibre (pie de rey) para medir luces de malla por encima de 4 mm, también para diámetros de alambre con luces de malla por encima de 10 mm

Para determinar el promedio aritmético de la luz de malla, es preciso medir tantas mallas como sea necesario a fin de obtener un valor estadístico fiable.
Campo de medición de longitud fija, por ejemplo, cuentahilos, para luces de malla con tamaño inferior a 1 mm

En caso de luces de malla con un tamaño de entre 16 y 1 mm, deben contarse 10 mallas; en caso de luces de malla con un tamaño inferior, hasta un mínimo de 0,1 mm, deben contarse 20 mallas.
Campo de medición de longitud fija, para luces de malla con un tamaño de 1 a 16 mm





Fuentes:
www.mallasmetalicas.cl
www.fcservice.us
www.ingefilter.com
www.interempresas.net
www.ineza.com